二维码标签和反光带。对于二维码标签和反光带的设置如图4所示的形式，具体的路线如图6所示。先按照任务要求的路线，布置好反光带，然后根据最大速度以及方向转换的要求，在反光带上布置二维码标签。
[0094]典型地，采集模块和二维码标签之间的距离决定了相机的视场大小，因此要根据实际环境选取合适的二维码标签的尺寸。二维码放置在条带上，其方向可以不具有统一性，即可以任意角度放置。
[0095]基于二维码和条带的移动机器人视觉导航系统
[0096]本发明提供的移动机器人视觉导航系统，用于预定场景中，其中，预设场景中预设有条带，条带上设置有二维码标签，二维码至少包含用于确定移动机器人移动的状态转换信息和速度变换信息，移动机器人视觉导航系统包含能进行通讯的采集模块与上位机，其中，采集模块设置在移动机器人上，用于采集移动机器人所在场景内的场景图像并发送给上位机；
[0097]上位机进一步包含:
[0098]图像转换模块，用于接收场景图像并转换为灰度图像；
[0099]解码与计算模块，用于识别并解码灰度图像中的二维码，获得状态转换信息和速度变换信息；以及确定同一帧灰度图像中条带的轮廓中心线，并计算条带的轮廓中心线与灰度图像中心线的偏移距离和偏移角度；
[0100]调整与纠偏模块，用于根据状态转换信息和速度变换信息调整移动机器人的线速度和运动方向，并同时根据偏移距离和偏移角度对移动机器人的角速度进行实时纠偏。
[0101]本发明的主要优点包括:
[0102]I)通过快速获取事先设置在移动场景中的二维码标签和条带的图像，可同时地迅速地获得二维码解码的内容，并计算出条带轮廓中心线与场景图像的中心线的实际偏移距离和偏移角度，从而确定运动速度和方向，同时进行运动控制和纠偏，平稳地控制机器人运动。
[0103]2)在实现对场景图像的实时采集的同时，能够可靠地从复杂背景中对二维码和条带进行准确识别，快速地进行图像处理，进而有效地控制机器人运动的速度和方向。
[0104]3)系统简单，计算速度快，实时性高，保证了移动机器人平稳地沿条带进行导航。
[0105]下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。除非另外说明，否则百分比和份数是重量百分比和重量份数。
[0106]实施例1:基于二维码和条带的移动机器人视觉导航方法
[0107]本实施例采用中科院宁波材料技术与工程研究所自主研发的全向移动机器人，该机器人有6个轮子，2个用于驱动的主动轮，4个用于支撑的被动轮，在平面内可完成三自由度的运动;其尺寸大小为1.2m(长)*0.8m(宽)*0.4m(高)，负载100kg;该机器人配有工控机、显示屏、采集模块(大恒图像的水星系列相机MER-030-120UM/UC)以及采集模块配套的光源，避障传感器等。在某生产车间对货物进行搬运，从指定地点运送到目标地点并返回，路径约100m。如图2和图4所示，根据任务的需求，先在地面上放置反光带，然后在反光带的某些位置放置制作的二维码标签。其中，条带的宽度为2cm，二维码标签的宽度或长度为0.lh，其中，h是相机的安装高度，例如，当相机的安装高度为20cm时，二维码标签的尺寸为2cm(长)X 2cm(宽)ο
[0108]基本步骤
[0109]本实施例的一种基于二维码和条带的移动机器人视觉导航方法，如图1所示，包括以下步骤:
[0110]S100，获取全向移动机器人所在场景内的场景图像，并将场景图像转换为灰度图像。
[0111]本步骤中，可使用安装在全向移动机器人底部的采集模块获取所在的移动场景中3通道RGB场景图像，并将获取的RGB彩色场景图像转换为单通道灰度图像。以便下一步继续对图像中的图案进行提取、分析等操作。
[0112]S200，从灰度图像中获取二维码，并进行解码得到解码内容。如图2所示，此处的二维码标签，需要事先对其进行编码，融入需要的状态变换和速度变换信息，然后通过一种二维码生成软件(如2D Barcode Generator)生成所需要的二维码，最终制作出来，以便于识别。
[0113]S300，如图3所示，从灰度图像中提取条带轮廓，确定该条带轮廓中心线，并计算出轮廓中心线与灰度图像中心线的偏离距离和偏移角度。在灰度图像中，首先对图像进行全局阈值的二值化操作，然后进行8邻域连接，提取出二值化后的图像边界，再求出该轮廓包含的横截面几何中心，从而确定轮廓中心线。因此轮廓中心线以及灰度图像的中心线之间的像素差和偏移角度可以通过计算得到。可通过相机标定确定相机的参数，确定每个像素代表的实际物理距离，并进一步减小误差。其中，所用的条带为化纤材料制作，该种材料具有良好的灰度图，因此该条带具有较均匀的灰度值，便于场景图像中条带轮廓的提取。
[0114]S400，根据解码内容调整全向移动机器人线速度和运动方向，根据偏移距离和偏移角度调整全向移动机器人角速度进行纠偏。其中，解码内容中的状态转换信息用于移动机器人启动、停止以及变换方向，而速度变换信息则用于机器人加速、减速以及确定最大速度、最小速度。根据条带轮廓中心线在灰度图像中的相对位置，来调整移动机器人的偏转角速度。当偏移距离较大时，则移动机器人需要快速响应，以较大的角速度偏转，使移动机器人可以沿条带的中心线运行;反之，当偏移量较小时，则以较小的角速度偏转，使移动机器人可以沿条带的中心线运行;如果偏移量非常小，在规定的某个阈值范围内时，则认为移动机器人是在沿着条带中心线运行，不需要进行角速度的调整。此处采用的是全向移动机器人，可以直接对机器人的方向和速度进行单独控制。
[0115]在本发明的一个优选例中，还包括以下步骤:
[0116]S500，对二维码进行编码，包括状态转换信息和速度变换信息，通过对二维码进行识别，将获取二维码的信息用于确定移动机器人线速度和运动方向。
[0117]较佳地，可通过在二维码中编码入不同的信息，作为改变移动机器人运动的线速度和方向的参考，从而简单有效地改变移动机器人的运行状态。
[0118]关于步骤S200
[0119]具体的，步骤S200中，从灰度图像中获取二维码，包括以下步骤:
[0120]S211，在灰度图像中，使用Zbar库找出二维码的四个顶点，并将四个顶点顺次连接起来，对二维码进行标记；
[0121]S212，使用Zbar库对二维码进行解码，得到解码内容用于确定移动机器人线速度和运动方向；
[0122]此处需要说明的是，采集模块和二维码标签之间的距离决定了相机的视场大小，因此要根据实际环境选取合适的二维码标签的尺寸。二维码放置在条带上，其方向可以不具有统一性，即可以任意角度放置。
[0123]本发明实施例中先获取二维码然后再对其进行解码，此方法确定了只有符合特定编码规则所制作出的二维码才能够被识别，且被用于移动机器人的视觉导航中，它减少了环境中其他的码的干扰，简单有效。
[0124]关于步骤S300
[0125]具体的，步骤S300中，如图3所示，从灰度图像中提取条带轮廓，确定该条带轮廓中心线，并计算轮廓中心线和灰度图像中心线之间的偏移距离和偏移角度包括以下步骤:
[0126]S311，对灰度图像进行全局阈值的二值化操作;设置一个阈值α，取灰度级大于α的像素群为对象物，小于α的像素群为背景区域，在本实施例中，阈值α为50。
[0127]S312，对二值化后的图像提取边界，进行8邻域连接。如果原图中有一点为黑，且它的8个相邻带都是黑色时，将该点删除。
[0128]S313，根据轮廓所包含的区域，通过计算轮廓横截面的几何中心并确定横截面定位最终得到轮廓中心线。
[0129]S314，对像素点进行标定，获取单个像素点对应的实际物理距离。
[0130]S315，在获取的灰度图像中，计算轮廓中心线距离与灰度图像的中心线的像素距离。此处需要说明的是，此像素距离是以像素点为单位的，并且对距离进行取整处理，从而确定轮廓中心线与灰度图像的中心线之间的像素差。
[0131]S316，根据单个像素点对应的实际物理距离，确定轮廓中心线和灰度图像的中心线的像素距离所对应的实际距离。举例来说，如相机的安装高度是20cm，相机的像素个数为656(宽)*492(高)，而相机的视场范围大小为20.6^11(宽)*15.7011(高)，则相机的单个像素